Siliziumkarbid-Power-MOSFET Zur PCIM: Erstes qualifiziertes Six-Pack-Power-Modul in SiC

Sixpack für Tranktionsanwendungen: Infineon stellt auf der morgen beginnenden PCIM das HybridPACK Drive CoolSiC vor. Nach Angaben des Konzerns ist es das industrieweit erste SiC-MOSFET-Modul seiner Art.

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Die Neuentwicklung ist ein Vollbrückenmodul mit 1200 V Sperrspannung, das für den Traktionsumrichter-Einsatz in Elektrofahrzeugen optimiert ist. Das Leistungsmodul basiert auf der CoolSiC-Trench-MOSFET-Technologie für Automotive-Anwendungen und ermöglicht laut Infineon eine höhere Effizienz, Leistungsdichte und Performance. Damit führe das Modul zu einem höheren Wirkungsgrad in Umrichtern und ermöglicht größere Kfz-Reichweiten bei niedrigeren Batteriekosten – insbesondere in Fahrzeugen mit 800-V-Batteriesystemen und einer großen Batteriekapazität.

„Das 800-V-System der Electric Global Modular Platform (E-GMP) stellt die technologische Basis für die nächste Generation von Elektrofahrzeugen mit verkürzter Ladezeit dar“, sagt Dr. Jin-Hwan Jung, Leiter des Electrification Development Teams bei der Hyundai Motor Group, „durch den Einsatz von Traktionsumrichtern auf Basis des CoolSiC-Leistungsmoduls von Infineon konnten wir die Reichweite des Fahrzeugs um mehr als fünf Prozent erhöhen – dank des Effizienzgewinns durch die geringeren Verluste dieser SiC-Lösung im Vergleich zu Silizium-Lösungen.“

Stete Verbeserung der Kfz-Reichweite

„Der Markt für E-Mobilität ist hochdynamisch und bietet viel Raum für Ideen und Innovationen“, ergänzt Mark Münzer, Leiter Innovation und Emerging Technology bei Infineon. „weil der Preis von SiC-Bauteilen deutlich sinkt, wird sich die Kommerzialisierung von SiC-Lösungen beschleunigen. Dadurch werden in Zukunft mehr und mehr kosteneffiziente Plattformen SiC-Technologie einsetzen, um die Reichweite von Elektrofahrzeugen zu verbessern.“

Das bisherige HybridPACK Drive-Modul auf Basis der Silizium-EDT2-Technologie wurde erstmals 2017 vorgestellt. Es ist dahingehend optimiert, die beste Effizienz im realen Fahrzyklus zu liefern. Innerhalb der 750- und 1200-V-Klasse bietet dieses Modul einen skalierbaren Leistungsbereich von 100 kW bis 180 kW. Es ist ein Leistungsmodul von Infineon mit einer Erfolgsbilanz von mehr als einer Million ausgelieferter Exemplare für über 20 Plattformen von Elektrofahrzeugen. Das jetzt neue CoolSiC-Modul basiert auf der Siliziumkarbid-Trench-MOSFET-Struktur von Infineon. Im Vergleich zu planaren Strukturen ermöglicht die Trench-Struktur eine höhere Zelldichte, was zu einer, wie es heißt, überlegenen Leistungskennzahl führt. Aus diesem Grund können Trench-MOSFETs bei niedrigen Gate-Oxid-Feldstärken betrieben werden, was zu einer höheren Zuverlässigkeit führt.

Gleicher Platzbedarf bei höherer Performance

Bei gleichem Platzbedarf erlaube das aktuelle Leistungsmodul einen einfachen Umstieg von Silizium auf Siliziumkarbid. Dadurch erreicht das Umrichter-Design eine höhere Leistung von bis zu 250 kW für die 1200-V-Klasse. Das Modul wird es in zwei Versionen mit unterschiedlicher Chip-Zahl geben, sodass innerhalb der 1200-V-Klasse entweder eine 400-A- oder eine 200-A-DC-Nennstromversion einsetzbar ist. Dadurch entstehe ein optimiertes Preis/Leistung-Verhältnis für die verschiedenen Leistungsstufen.

Die Technologie der CoolSiC-Automotive-MOSFET

Die CoolSiC-Automotive-MOSFET-Technologie der ersten Generation ist für den Einsatz in Traktionsumrichtern derart optimiert, sodass der Fokus auf dem Erreichen geringst möglicher Leistungsverluste liegt, insbesondere unter Teillastbedingungen. In Kombination mit den geringen Schaltverlusten von Siliziumkarbid-MOSFETs führt dies im Umrichterbetrieb gegenüber Silizium-IGBTs zu einem höheren Wirkungsgrad.

Verfügbarkeit und Online-Präsentation

Neben der Verbesserung der Leistung liegt ein weiterer Fokus auf der Zuverlässigkeit. Die CoolSiC-Automotive-MOSFETs wurden entwickelt und getestet, um die Kurzschluss- und Höhenstrahlungsfestigkeit sowie ein hohes Maß an Gateoxid-Robustheit zu erreichen, die für die Entwicklung effizienter und zuverlässiger Traktionsumrichter für Fahrzeuge und andere Hochvoltanwendungen entscheidend sind. Das HybridPACK Drive CoolSiC-Leistungsmodul ist vollständig nach der Norm AQG324 für Automotive-Leistungsmodule qualifiziert.

Das neue HybridPACK Drive CoolSiC wird bereits gefertigt und ab Juni 2021 erhältlich sein. Weitere Informationen dazu gibt es hier und auf der Virtual Power Conference, die die „PCIM Europe digital days“ begleitet..

Neue Technologien wie Siliziumkarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN) erhöhen die Leistungseffizienz und ermöglichen kleinere Formfaktoren bei gleichzeitig geringerem Gewicht. Nach wie vor spielt aber auch Silizium eine große Rolle bei den Designs. Energieeffizienz ist deshalb Schwerpunkt der „Virtual Power Conference“ von Infineon vom 4. bis 6. Mai 2021. Das Unternehmen präsentiert dazu Technologien und Methoden, um Energie effizienter zu erzeugen, sie mit geringeren Verlusten zu übertragen und zu verteilen und sie in einem breiten Anwendungsspektrum effizienter zu nutzen. Industrie, Transport & eMobility und Verbraucher stellen dabei die Themenschwerpunkte dar. Die Online-Plattform startet am 4. Mai 2021; zur Registrierung geht es hier.

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